Материнская плата

Основным аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки контроллеров внешних устройств.

Характеристиками системной платы являются

-размер платы (Форм фактор);

-тип поддерживаемых процессоров и соответствующий тип разъема под процессор;

-Chipset – набор сверхбольших микросхем, на которых реализована вся архитектура платы;

-тип и число слотов шины расширения (3xISA, 4xPCI, AGP);

-Тип и объем поддерживаемой динамической памяти и наличие соответствующих разъемов под модули памяти;

-Объем и тип кэш-памяти.

Процессор

Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является "большой" по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20x20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов).

Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество (42 миллиона в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (переключателей), размеры которых составляют всего около 0,18 микрон (1 микрон = 10-6 метра).

Эти элементы образуют сложную структуру, что позволяет процессору производить обработку информации (например, складывать числа) с очень высокой скоростью. Современные процессоры обладают большим быстродействием, например, процессор Pentium 4 может выполнять обработку информации с частотой в 1,5 ГГц (выполнять 1,5 миллиарда операций в секунду).

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

-арифметико-логическое устройство;

-шины данных и шины адресов;

-регистры;

-счетчики команд;

-кэш – очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

-математический сопроцессор чисел с плавающей точкой

В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными. В характеристиках компьютера процессор ставят на первое место, так как он в наибольшей степени определяет производительность компьютера. Поэтому при покупке вначале выбирают именно его, а потом подбирают остальные устройства: чипсет, оперативную память, системную плату и т.д.

Одной из главных характеристик процессора является тактовая частота. Микропроцессор выполняет определенные операции (запись, чтение, обработку данных) в точно отведенные единицы времени (такты), что необходимо для синхронизации процесса. Обработка информации тем быстрее, чем выше тактовая частота. Измеряется она в МГц (MHz, мегагерцах) и ГГц (GHz, гигагерцах). Различают частоту ядра процессора (внутреннюю) и частоту системной шины (внешнюю).

Внешняя тактовая частота (частота шины процессора) формируется генератором импульсов на системной плате и определяет производительность ядра CPU. По шине процессора производится обмен данными между ЦП, памятью и другими устройствами.

Внутренняя тактовая частота определяет в значительной мере скорость работы процессора. Она указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Данная частота указывается в прайс-листах фирм, продающих процессоры. Эта величина является произведением частоты системной шины, подаваемой от кварцевого резонатора на внутренний коэффициент умножения. Этот коэффициент определяется подачей напряжения на определенные контакты CPU. Например, 266*5=1330 Мгц.

Память

Оперативная память

Оперативная память. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (random access memory, то есть память с произвольным доступом). Поскольку элементарной единицей информации является бит, то оперативную память можно рассматривать как некий набор элементарных ячеек, каждая из которых способна хранить один информационный бит.

Оперативная память, предназначенная для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов (SIMM или DIMM и DDR RA). Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, т.е. частота, с которой происходят операции записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают частоту 133 МГц и выше.

В оперативной памяти элементарная ячейка памяти представляет собой конденсатор, способный в течение короткого промежутка времени сохранять электрический заряд, наличие которого можно ассоциировать с информационным битом. Проще говоря, при записи логической единицы в ячейку памяти конденсатор заряжается, а при записи нуля – разряжается. При считывании данных конденсатор разряжается через схему считывания, и если заряд конденсатора не был нулевым, то на выходе схемы считывания устанавливается единичное значение.

Кроме того, поскольку при считывании конденсатор разряжается, то его необходимо зарядить до прежнего значения. Поэтому процесс считывания сочетается с подзарядкой конденсаторов (регенерацией заряда). Если в течение длительного времени обращения к ячейке не происходит, то за счет токов утечки со временем конденсатор разряжается и информация теряется. Вследствие этого память на основе массива конденсаторов требует постоянного периодического подзаряда конденсаторов (поэтому ее и называют динамической).

Для компенсации утечки заряда применяется регенерация, основанная на периодическом циклическом обращении к ячейкам памяти, поскольку каждое такое обращение восстанавливает прежний заряд конденсатора. Регенерация в микросхеме происходит одновременно по всей строке матрицы при обращении к любой из ее ячеек, то есть достаточно циклически перебрать все строки.

Каждый элемент памяти определяется своим адресом. Элементы памяти объединяются в корпусе микросхемы, а последние, в свою очередь, размещаются на специальных небольших печатных платах (модулях). Эти платы вставляются в специально предназначенные для них слоты на материнской плате так называемые банки (Banks). Под банком понимают один или несколько разъемов, объединенных в логическую единицу.

Основными характеристиками оперативной памяти являются:

-пропускная способность;

-вид структуры(технология реализации) памяти;

разновидность модуля(форм-фактор, конструктив) памяти.

объем(размер) ОЗУ модуля памяти;

Главной характеристикой памяти является ее пропускная способность, то есть максимальное количество данных, которое можно считать из памяти или записать в память в единицу времени. Именно эта характеристика прямо или косвенно отражается в названии типа памяти.

Оперативная память компьютера состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых может храниться определенный объем информации. В современных персональных компьютерах количество ячеек памяти достигает десятков миллионов.

Важнейшей характеристикой компьютера в целом является его производительность, т.е. возможность компьютера быстро обрабатывать большие объемы информации. Производительность компьютера во многом определяется быстродействием процессора, а также объемом оперативной памяти и скоростью доступа к ней. M), по быстродействию, по информационной емкости и т.д.

Кеш(cashe)-память

Для ускорения доступа к оперативной памяти в современных быстродействующих компьютерах применяется специальная "сверхбыстрая" ("сверхоперативная") память, которая называется кэш-памятью и является как бы буфером между очень быстрым процессором и достаточно медленной оперативной памятью. Ее начали использовать начиная с 486 компьютеров и сейчас используют во всех современных моделях ПК.

Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Постоянная память

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory– память только для чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в микросхеме BIOS при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

BIOS (Basic Input/Output System) – это базовая система ввода-вывода. BIOS представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества утилит, предназначенных для автоматического распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования.

В состав этой системы входят различные программы ввода-вывода, которые обеспечивают взаимодействие между операционной системой, прикладными программами с одной стороны и устройствами, входящими в состав компьютера (внутренними и внешними) с другой.

Первоначально BIOS предназначалась для осуществления тестирования компьютера при включении – так называемых POST(Power On Self Test) или BIST(Built In Self Test)-процедур, и обеспечивания последующей загрузки ОС. Это справедливо для ПК семейств i8086, i8088 и для значительной части семейства 80286.

Основные недостатки таких носителей – довольно большая цена самих карт флэш-памяти и высокая удельная стоимость хранимых на них данных, хотя в настоящее время наблюдается тенденция к значительному снижению цен на сменные карты флэш-памяти.

Самыми распространенными типами флэш-карт сегодня являются CompactFlash (CF), SmartMedia (SM), Securе Digital (SD), MultiMediaCard (MMC) и Memory Stick (MS), которые отличаются друг от друга интерфейсами, габаритами, скоростью чтения/записи и максимально возможной емкостью.

Видеопамять

Видеопамять – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.